Кориолисовые массовые расходомеры

Наиболее широкое распространение в настоящее время получил принцип измерения, основанный на возникновении сил, вызванных ускорением Кориолиса, в системах, где одновременно присутствует вращательное и поступательное (линейное) движения тела с конечной массой. Один из таких расходомеров серии Rotamass.

Вместо вращательного движения в кориолисовых массовых расходомерах применяется колебание измерительных трубок. В двухтрубных конструкциях с "U"-образной формой трубок при отсутствии движения среды (скорость потока V = 0)

колебания трубок совпадают по фазе. Как только среда начинает двигаться (скорость потока V > 0), в колебательном (вращательном) движении трубок возникает поступательное движение среды, а соответственно и силы, вызванные ускорением Кориолиса. В первой половине цикла колебаний данные силы во входной половине трубок (до изгиба по ходу движения среды) препятствуют смещению трубок, а в выходной способствуют, в результате чего трубки изгибаются. Во второй половине цикла колебаний направление сил изменяется на противоположное, и трубки изгибаются в другую сторону (см. рис. выше). Вследствие изгиба трубок сигналы с электромеханических сенсоров, установленных в начале и конце трубок, не совпадают по фазе, т. к. один сигнал запаздывает по отношению к другому. Разница во времени (сдвиг по фазе) между двумя сигналами прямо пропорциональна массовому расходу жидкости.

При изменении температуры упругие характеристики материала трубок также меняются, что оказывает влияние на частоту колебаний трубок. В связи с этим в кориолисовых массовых расходомерах устанавливают датчик температуры, по показаниям которого вводится корректировка в результаты измерений.

Частота колебаний трубок зависит от их материала, геометрии и массы, которая состоит из двух частей: массы самих трубок и массы среды в них. Масса трубок является величиной постоянной, масса среды в трубках равна произведению плотности среды на внутренний объем трубок, который также является постоянной величиной. В результате прохождения измеряемой среды через измерительные трубки их масса меняется, а следовательно, изменяется частота колебаний трубок, что делает возможным измерение плотности среды.

Применение данного принципа измерений позволяет реализовать в массовых расходомерах следующие преимущества:

прямое измерение массового расхода и плотности среды с возможностью вычисления объемного расхода;
измерение массового расхода любых сред, как жидких, так и газообразных;
отсутствие влияния изменений плотности и вязкости, а соответственно и профиля потока среды на результаты измерений;
широкий диапазон измерений, высокая точность измерений. Погрешность кориолисовых расходомеров для массового расхода может составлять:

± 0,1% измеряемой величины при измерении расхода жидкостей;
± 0,5% измеряемой величины при измерении расхода газов;

измерение расхода в прямом и обратном направлениях.

Однако, существенным недостатком применения кориолисовых массовых расходомеров в настоящее время, является их высокая стоимость вследствие трудоемкости изготовления таких приборов. Колебания трубок массовых расходомеров генерируются при помощи катушки возбуждения.

В расходомерах Rotamass трубки колеблются с частотой 150 Гц, в результате чего вибрация, вызванная насосами или компрессорами, не оказы­вает влияния на результаты измерения, поскольку их рабочая частота лежит в диапазоне 20…50 Гц. Рабочая температура среды измерения может достигать 350⁰ С. В качестве датчика температуры в приборе установлен платиновый термометр сопротивления